软件介绍

Hydrus特别版是一款专业的土壤模拟软件，它的主要功能是帮助用户在电脑上模拟各种土壤和水流环境，包括地下水流、根系吸水以及溶质运移等等，用户可以通过对模型的数据分析来评测土壤和环境的质量，有需要的用户敬请下载。

Hydrus特别版软件特色

1、Hydrus-1D官方版可用于分析非饱和，部分饱和或完全饱和的多孔介质中的水和溶质运动。

2、流动区域本身可能由不均匀的土壤组成。流动和运输可以发生在垂直，水平或大致倾斜的方向上。模型的水流部分可以处理(恒定或时间变化的)规定的头部和通量边界，由大气条件控制的边界以及自由排水边界条件。在从规定的通量到规定的头部类型条件的模拟过程中，土壤表面边界条件可能会发生变化(反之亦然)。

3、对于溶质运输，代码支持(恒定和变化的)规定浓度(狄利克雷或第一类)和浓度通量(柯西或第三类)边界条件。分散系数包括反映分子扩散和曲折效应的术语。

4、使用van Genuchten [1980]，Brooks和Corey [1964]和改进的van Genuchten型分析函数描述了非饱和土壤的水力特性。进行了修改以改善对接近饱和度的水力特性的描述。 HYDRUS代码通过使用Scott等人介绍的经验模型来结合滞后。 [1983]和Kool和Parker [1987]。该模型假定干燥扫描曲线是从主干燥曲线中缩放的，并且湿润扫描曲线是来自主润湿曲线。

5、HYDRUS还通过一套线性缩放变换实现了一个缩放程序，用于估算给定土壤剖面中的水力变率，该变换将单个土壤水力特性与参考土壤的水力特性相关联。

6、通过逻辑增长函数模拟根系生长。根据Feddes等人提出的功能可以定义水和盐度胁迫响应函数。 [1978]或van Genuchten [1987]。

7、使用Galerkin型线性有限元方案对控制流动和传输方程进行数值求解。在饱和和不饱和条件下使用隐式(向后)有限差分格式实现时间积分。采取其他措施来提高瞬态问题的解决方案效率，包括自动时间步调整和遵守Courant和Peclet数的预设范围。使用Celia等人提出的质量保守方法评估含水量项。 [1990]。用于使传输解决方案中的数字振荡最小化的可能选项包括上游称重，人造分散和/或性能索引。

8、HYDRUS实施Marquardt-Levenberg型参数估算技术，用于根据测得的瞬态或稳态流量和/或输送数据对所选土壤水力和/或溶质运移和反应参数进行反演估算。该过程允许根据观测到的水含量，压力水头，浓度和/或瞬时或累积的边界通量(例如渗透或流出数据)来估计几个未知参数。额外的保留率或水力传导率数据以及用于限制优化参数保留在某个可行区域的惩罚函数(贝叶斯估计)可以可选地包括在参数估计过程中。

Hydrus特别版功能介绍

Hydrus-1D是模拟变量饱和多孔介质下的水、热和多溶质二维和三维运动的有限元计算模型。HYDRUS数值求解饱和非饱和水流的Richards方程和热传递和溶质运移的对流扩散型方程。水流方程包含一个下沉期，可导致植物根系吸水。热传递方程考虑了水流传导和对流运动。对流扩散的溶质运移方程的管理是一个非常普遍的形式，包括固体和液态非线性非平衡反应的规定以及液体和气体的线性平衡反应。因此，不管是吸附溶质还是挥发溶质(如杀虫剂)都已经考虑到了。溶质运移方程还包括了零阶生产的影响、其他溶质的独立一级降解以及一阶衰减和生产反应，以便提供连续一级链中溶质间所需的耦合。运移模拟也会引起液相对流和扩散、气相扩散，因此次模型在液态和气态条件下可同时模拟溶质运移。目前HYDRUS最多可考虑15种溶质，在单向链中耦合或溶质间独立运移。物理非平衡溶质运移由双区和双重孔隙公式引起， 并把液相分成移动和不可移动区域。附着和分离理论，包括过滤理论，病毒、胶质和细菌运移的模拟也包含在其中。

Hydrus特别版使用教程

(一)数据准备

1) 包气带地层结构及岩性概化

主要依据建设项目场地钻孔资料对包气带地层结构及岩性进行概化，需要概化出各层岩性及厚度，如图1所示。

2) 大气降雨资料

主要应用多年平均降雨量数据，考虑风险最大情况时，也可以选用日最大降雨量。

3) 包气带参数

主要包括土壤残余含水率、土壤饱和含水量、进气值相关参数、形状参数、饱和渗透系数、有效孔隙度、土壤水动力纵向弥散系数、土壤水动力横向弥散系数等。

若有实测值，模型构建时可以利用，如无实测值，可以取经验值。

4) 源强数据

需要污染物的浓度、泄漏时间。

如某项目工业废水池中污染因子主要为SS、高锰酸盐指数，其中高锰酸盐指数浓度为2000mg/L，水池按三个月检修一次考虑，则泄漏时间按照100天考虑。

(二)数据输入

选择水流和溶质运移两个模块；

模拟时间设定：

包气带参数设定：

泄漏时间：

包气带相关参数：

污染物浓度输入：

模型构建：

边界条件：

(三)模拟预测

在以上参数及边界条件均设定完成后，通过运行模型，输出模拟结果，可以给出污染物各时间节点在包气带中的运移情况及各观测孔中污染物的时间——浓度曲线图等。

(四)结果分析

根据污染物在模拟期内运移的最大距离，可以得出是否到达含水层的结论。

如实例中高锰酸盐指数在服务期限内通过G1、G2观测孔及剖面上污染羽分布可以看出，最大运移距离为35.5m，污染物未进入含水层(含水层埋深>80m)。